隧洞施工中化泥水加压平衡盾构机的选用3.doc

第三章 隧道施工泥水加压平衡盾构机的选用 3.1隧道施工盾构机类型的确定 3.1.1 盾构机选型原则 1.适应性 适应性一般主要考虑两个方面，即地质条件适应性和工期适应性。盾构机选型过程中最重要的是盾构机能对地质条件的变化产生合理的响应，即地质条件适应性。任何不响应地质条件要求的选择，都会对工程施工带来负面的影响，不但增加施工成本，而且增加施工风险，严重时会造成整个施工计划失败。因此盾构机选型的核心根据就是对应土建工程的地质勘测报告，也即地质条件。其次，盾构机生产制造和调试组装都需要时间，因此在选型时也要考虑时间限制。根据南水北调中线一期隧道施工隧洞工程土建及设备安装施工招标文件和岩土工程勘察报告，隧道施工具有如下几个特点： 一次性长距离掘进（由北岸工作竖井至南岸检修竖井，长达3450m）； 始发掘进即遇高水压且富含水的砂层（外水压力高达37m水头）； 穿越多个地层并穿越黄河（全砂层、上砂下土、单一粘土层等）； 可能存在孤石块石、枯树和古木。 针对上述几个特点，隧道施工所选用盾构机必须满足以下几个基本要求： ⑴刀盘及刀具与盾尾密封刷要有高耐磨的设计，满足一次长距离掘进的需求。 ⑵主驱动系统设计使用寿命满足掘进的需求，且具有高效的防水密封性能。 ⑶针对高水压且富含水的砂层，设计含紧急止水装置的盾尾密封系统，可对前部盾尾密封的钢丝刷进行更换。 ⑷设计气压仓和密封仓可进行刀具更换和障碍物排除。 ⑸有稳定的掌子面调节系统，能确保掌子面平衡稳定，适应不同地层掘进变化的需求。 ⑹有与盾构机及掘进施工相适应的后配套系统。 2.可靠性 习惯上可靠性是指机器的故障率低，承受复变载荷能力强(抗疲劳能力强)，在超出设计能力或者恶劣的工作环境下也能长时间无故障地运行，对人为错误操作具有自我约束和抗拒能力，有很好的自我保护功能等。 盾构机的可靠性是工程施工的重要保障，它的关键部件必须在施工过程中万无一失，做到百分之百的可靠。盾构机的特点之一就是在施工过程中某些关键部件不易维修，所以对盾构关键部件的设计是要求百分之百可靠，如主轴承、刀盘及盾壳等。由于盾构在施工时荷载变化范围很大，并且难以得到准确的荷载值，所以盾构在结构设计时选取了较大的安全系数，各部件的强度、刚度均留有较大余量，以满足盾构施工特殊的荷载要求。 盾构各部件及液压、电气元器件均采用国际上的知名品牌产品，充分保证盾构机的各部件质量可靠。其中主轴承采用世界最大的回转支承轴承制造公司德国贺氏公司的产品，液压元器件主要采用德国力士乐公司、哈威公司的产品。电气元器件主要采用西门子公司的产品。 隧道施工所经历的地质条件复杂，是国内第一次穿越黄河施工，有很多不可预见的风险，同时隧道施工是南水北调工程的“咽喉”工程，必须保证其圆满顺利完成，否则整个南水北调工程就会受到影响，这就要求所选用的盾构机必须具有高可靠性。盾构机要求可靠性高主要集中在以下几个方面： ⑴钢结构强度 盾构机刀盘、盾壳、台车钢结构。 ⑵耐磨性 刀具、刀盘、盾尾密封钢丝刷。 ⑶使用寿命 主轴承、驱动电机、变频器、液压泵。 ⑷抗躁性 泥浆泵、液压泵、PLC等。 3.经济性 盾构法施工如今已成为地下工程的标准施工工法，其施工工艺和施工流程已经相当成熟，而各国生产制造和供应盾构机的厂家也不计其数，国内像上海隧道股份公司和沈重集团公司等都已能够自己制造盾构机。考虑到现行多家盾构生产公司如海瑞克、法码通、小松等都和国内相关制造企业有联系，除关键部件外，多数零部件都是在国内制造，因此在选择订购盾构机时要充分考虑，多方面了解，尽量降低施工成本。其次，盾构机的后配套系统较多，在充分考虑可靠性和适应性的前提下，应尽量选择性价比高的配套设备，对于不适应用于工程需要的设备则拒绝采用。再者，盾构法施工的成本相对较高，一般不适应于较短的隧道施工。 3.1.2 盾构机选型依据 1.盾构隧洞参数 隧洞参数 衬砌管片 隧洞长 3450m 断面内直径为 7.0m 南端起点断面中心高程 72.45m 北岸终点断面中心高程 67.00m 爬坡隧洞最小曲线半径 R800m 爬坡隧洞最大坡度 4.9107% 隧洞贯通高程误差允许值 ±50㎜ 隧洞贯通平面误差允许值 ±100㎜ 隧洞覆盖层：最大32m，最少23m 设计洪水位高程：104.27m 类型：通用楔形管片 外径：Φ8700mm 内径：Φ7900mm 宽度：1600mm 厚度：400mm 数量：7块/环 单块最大重量：约6.5吨/块 拼装型式：错缝拼装方式 2.工程地质条件及评价 隧洞穿越的主要地层为Q2粉质壤土、Q41砂层和砂砾(泥砾)石层。根据隧洞围土的组成可划分为三种类型： ①单一粘土结构：隧洞围土为Q2粉质壤土层，分布在桩号5+658～6+033和7+109～7+919。总长1185m。 ②